دستگاه PH متر چیست؟

دستگاه PH متر  جهت اندازه گیری عدد اسیدی و بازی آب و فاضلاب و حتی مواد غذایی استفاده می شود . رنج اندازه گیری دستگاه های PH متر از صفر الی 14 و در برخی از مدلها از صفر الی 18 می باشد . درصورتیکه PH یک نمونه 7 باشد خنثی و کمتر از 7 را اسیدی و بیشتر از 7 را قلیایی یا بازی در نظر می گیریم.

اسیدها و قلیاها چیست؟

با توجه به تعریف آرنیوس، اسید ماده ای که هیدروژن تولید گسسته (H است ⁺ یون) و یا هیدرونیوم یون H ₃ O ⁺ زمانی که آن را در آب حل می شود. باز ماده ای است که هنگام حل شدن در آب ، یونهای هیدروکسیل جدا شده (OH ^– ) را تولید می کند .

مفهوم pH توسط شیمی دان دانمارکی سورن پدر لائوریتس سورنسن در سال 1909 ارائه شد. PH مقدار یونهای H ^{+ را} در یک محلول کمی می کند. تعریف تصوری pH ، لگاریتمی متقابل بودن فعالیت یون هیدروژن ، یک _H + ، در یک محلول است:

pH تنها هنگامی که محلول بسیار رقیق باشد با غلظت پروتون ارتباط مستقیم دارد. با این وجود ، pH به جای تغییر در غلظت پروتون ، توسط الکترودهای انتخابی یونی حساس به pH تعیین می شود که به فعالیت پروتون پاسخ می دهند . بنابراین تعریف مفهومی pH مطابق معادله Nernst کنار گذاشته می شود و در حالت ایده آل تعریف می شود ، که برای یون H ⁺ می تواند به صورت زیر بیان شود:

پتانسیل اندازه گیری، E ‘یک پتانسیل الکترود استاندارد است (به عنوان مثال، مقدار ثابت پتانسیل الکترود برای _H + = 1، و خاص شرایط الکترود / راه حل برای هر مورد)، R ثابت گازها است، T است دما در کلوین ، F ثابت فارادی است. الکترود حساس به pH و انتخاب یونی هنگامی که pH به عنوان اندازه گیری فعالیت پروتون تعریف می شود ، یک عملکرد خطی از pH است .

انواع دستگاه PH متر

دستگاه PH متر آب

در سیستم های تصفیه آب ، آکواریوم ، استخر ، هیدروپونیک و سایر کاربردها استفاده می شود

دستگاه PH متر سنجی

دستگاه PH متر دستی برای استفاده  در مزرعه کالیبره می شود اگرچه می تواند در آزمایشگاه ها نیز مورد استفاده قرار گیرد. این pH مترها به دلیل قرار گرفتن در معرض عناصر ، معمولاً ضد آب و هوا هستند.

دستگاه PH متر خاک

به طور ایده آل برای بخش های باغبانی و هیدروپونیک استفاده می شود که در آن نظارت بر سطح pH در خاک مهم است. دستگاه PH مترخاک به طور کلی از یک پروب pH طولانی تر برای آزمایش خاک در گلدان های بزرگتر گیاه استفاده می کند.

دستگاه PH متر غذا

این نوع دستگاه PH متربرای انجام آزمایش بر روی مواد غذایی بدون آسیب رساندن به محصول طراحی شده اند ، مدل های مختلفی برای غذاهای مختلف مانند گوشت ، محصولات لبنی ، محصولات غذایی عمومی و نوشیدنی ها وجود دارد.

دستگاه PH متر صنعتی

در کاربردهای صنعتی مانند  فلز ، رنگ آمیزی ، تصفیه پساب و موارد دیگر استفاده می شود.

اجزای دستگاه PH متر

pH متر دستگاه های الکترونیکی متشکل از یک پروب اندازه گیری ویژه (الکترود شیشه ای یا ترانزیستور اثر میدانی انتخابی یونی (ISFET) ، در موارد خاص) است که به یک کنتور الکترونیکی متصل است که قرائت PH اعشاری را نمایش می دهد. pH متر باید قبل از استفاده در برابر محلول های بافر فعالیت یون هیدروژن شناخته شده ، کالیبره شود.

کاربرد دستگاه PH متر

دستگاه PH متر مانند یک ولت متر کار می کند. جفت الکترودهای تنظیم شده ترکیبی می توانند تغییرات کوچک ولتاژ را (که اختلاف پتانسیل نیز نامیده می شود) به ترتیب میلی ولت اندازه گیری کنند. تغییرات پتانسیل ها به دلیل از دست دادن الکترون هایی است که با از دست دادن H ⁺ مطابقت دارند .

ولتاژ تولید شده توسط محلول آزمایش اندازه گیری و مقایسه می شود با ولتاژ تولید شده توسط محلول مرجع که از طریق دیافراگم متخلخل در معرض محلول آزمایش قرار می گیرد. اختلاف ولتاژ بین این دو برای محاسبه pH استفاده می شود:

نحوه استفاده از دستگاه PH متر

دستگاه PH متر از یک الکترود شیشه ای ساخته شده از یک غشای شیشه ای خاص تشکیل شده است که در انتها مهر و موم شده و یک لامپ را تشکیل می دهد.

درون شیشه یک محلول اسیدیته استاندارد داخلی وجود دارد که معمولاً 0.1 M HCl همراه با یک الکترود مرجع داخلی ، RE _در (به طور معمول یک الکترود سیم Ag / AgCl) است. این محلول را محلول مرجع PH شناخته شده 7 می نامند.

دومین الکترود RE _ext در یک لوله خارجی غوطه ور در KCl قرار می گیرد. این لوله خارجی یک محفظه متحدالمرکز را در اطراف اولین لوله شیشه ای محصور شده تشکیل می دهد که حاوی 0.1 M HCl (لوله داخلی) است.

لوله خارجی از شیشه حساس به pH ساخته شده است و از طریق شکافی به نام دیافراگم  با محلول آزمایش در تماس است.

گنجاندن یک الکترود مرجع که توسط لوله داخلی محصور شده است ، به دلیل شناخته شدن PH آن ضروری است و می توان آن را با یک محلول آزمایش مقایسه کرد تا مقدار pH آن مشخص شود. به این تنظیم الکترود ترکیبی pH گفته می شود.

مراحل آماده سازی دستگاه PH متر

چگونه pH را اندازه گیری کنیم؟

با استفاده از  شاخص های PH می توان نشانه ای تقریبی از pH را بدست آورد که با تغییر سطح pH رنگ تغییر می کند. این شاخص ها در دقت خود محدودیت هایی دارند و تفسیر صحیح آنها در نمونه های رنگی یا تیره دشوار است.

 اندازه گیری دقیق تر pH با یک متر سنج دیجیتال بدست می آید. یک سیستم تست کننده pH از سه قسمت تشکیل شده است: یک پروب pH ، یک الکترود pH مرجع و یک متر امپدانس ورودی بالا.

الکترود pH را می توان به عنوان یک باتری در نظر گرفت ، ولتاژی که با PH محلول اندازه گیری شده متفاوت است. پروب pH یک لامپ شیشه ای حساس به یون هیدروژن است ، با خروجی میلی ولت که با تغییرات غلظت یون هیدروژن نسبی در داخل و خارج لامپ متفاوت است.

خروجی الکترود مرجع با فعالیت یون هیدروژن متفاوت نیست.

الکترود pH دارای مقاومت داخلی بسیار بالایی است که اندازه گیری تغییر ولتاژ با pH را دشوار می کند. امپدانس ورودی pH متر و مقاومت در برابر نشت عوامل مهمی هستند.

PH متر در واقع یک تقویت کننده امپدانس بالا است که ولتاژ دقیقه الکترود را به طور دقیق اندازه گیری می کند و نتایج را مستقیماً در واحدهای pH روی صفحه نمایش آنالوگ یا دیجیتال نمایش می دهد.

در بعضی موارد ، ولتاژها را می توان برای کاربردهای خاص یا برای استفاده با الکترودهای انتخابی یونی یا پتانسیل کاهش اکسیداسیون (ORP) نیز خواند.

الکترودهای pH

الکترودهای pH از شیشه ترکیبی خاصی ساخته شده اند که غلظت یون هیدروژن را حس می کنند. این لیوان به طور معمول از یونهای فلز قلیایی تشکیل شده است.

 یونهای فلزی قلیایی شیشه و یونهای هیدروژن موجود در محلول تحت واکنش تبادل یونی قرار گرفته و اختلاف پتانسیلی را ایجاد می کنند.

در یک  pH ترکیبی ، بیشترین استفاده می شود ، در واقع دو الکترود در آن وجود دارد. به یک قسمت الکترود pH اندازه گیری و به قسمت دیگر الکترود مرجع گفته می شود.

پتانسیل ایجاد شده در محل اتصال قسمت اندازه گیری به دلیل یون های هیدروژن آزاد موجود در محلول است.

پتانسیل قسمت مرجع توسط عنصر داخلی در تماس با محلول پر کردن مرجع تولید می شود. این پتانسیل همیشه ثابت است. به طور خلاصه ، الکترود pH اندازه گیری ولتاژ متفاوتی را تحویل می دهد و الکترود مرجع ولتاژ ثابت را به متر می رساند.

سیگنال ولتاژ تولید شده توسط دستگاه PH متر یک سیگنال بسیار کوچک و با امپدانس بالا است. امپدانس ورودی مستلزم آن است که فقط با تجهیزاتی که دارای مدارهای امپدانس بالا هستند رابط شود.

الکترودهای pH در سبک های مختلف برای کاربردهای آزمایشگاهی و صنعتی در دسترس هستند. همه از شیشه تشکیل شده اند و بنابراین در معرض شکستگی قرار می گیرند.

الکترودها برای اندازه گیری محیط های اکثراً آبی طراحی شده اند. آنها برای استفاده در حلالها مانند CCI4 که فاقد هر یون هیدروژن آزاد است ، طراحی نشده اند.

الکترود pH به دلیل خاصیت ساخت آن ، باید همیشه مرطوب نگه داشته شود. برای عملکرد صحیح ، شیشه باید هیدراته شود.

هیدراتاسیون برای ایجاد فرآیند تبادل یونی لازم است. اگر یک سنسور pH باید خشک شود ، بهتر است آن را به مدت نیم ساعت در مقداری آب شیر قرار دهید تا شیشه حالت بگیرد.

الکترودهای pH دارای اتصالات هستند که اجازه می دهد محلول پر کننده داخلی الکترود اندازه گیری به محلول اندازه گیری شده نشت کند.

 این محل اتصال می تواند توسط ذرات موجود در محلول مسدود شود و همچنین می تواند مسمومیت توسط یونهای فلزی موجود در محلول را تسهیل کند.

اگر مشکوک به محل اتصال گرفتگی است ، بهتر است سنسور را در مقداری آب گرم خیس کنید تا مواد حل شود و محل اتصال پاک شود. تسترهای pH باید همیشه در شرایط مرطوب نگهداری شوند. 

در صورت عدم استفاده بهتر است که الکترود را در بافر 4.0 یا بافر 7.0 ذخیره کنید. حتی اگر از الکترود استفاده نشود ، باز هم پیر می شود. در قفسه ، اگر کاغذ pH در شرایط مرطوب نگه داشته شود ، باید تقریباً یک سال دوام بیاورد.

از بین رفتن الکترود را می توان معمولاً با واکنش تنبل ، قرائت های نامنظم یا قرائت مشخص کرد که تغییر نخواهد کرد. وقتی این اتفاق می افتد ، الکترود دیگر نمی تواند کالیبره شود. الکترودهای pH شکننده بوده و طول عمر محدودی دارند. دوام الکترود با توجه به میزان نگهداری پروب و کاربرد pH تعیین می شود.

کالیبراسیون همچنین قسمت مهمی از نگهداری الکترود است. این امر نه تنها رفتار الکترود را به درستی تضمین می کند بلکه سیستم به درستی کار می کند.

کالیبراسیون دستگاه PH متر

الکترودهای pH مانند باتری هستند. آنها با زمان و استفاده کم می شوند. با افزایش سن الکترود ، شیشه آن مقاومت را تغییر می دهد. این تغییر مقاومت پتانسیل الکترود را تغییر می دهد. به همین دلیل ، الکترودها باید به طور منظم کالیبره شوند.

کالیبراسیون در محلول بافر pH این تغییر را اصلاح می کند. کالیبراسیون هر تجهیزات pH باید همیشه با بافر 7.0 آغاز شود زیرا این “نقطه صفر” است.

 مقیاس pH دارای مقیاس mV معادل است. مقیاس mV از +420 تا -420 میلی ولت است. در pH 7.0 مقدار میلی ولت 0 است. هر تغییر pH مربوط به تغییر ± 60 میلی ولت است. با اسیدی شدن مقادیر pH ، مقدار mV نیز بیشتر می شود.

به عنوان مثال ، pH برابر 4.0 با مقدار 180 میلی ولت مطابقت دارد. با ابتدایی تر شدن مقادیر pH ، مقدار mV منفی تر می شود. pH = 9 مربوط به -120 میلی ولت است. کالیبراسیون دوگانه pH با استفاده از بافرهای 4.0 یا 10.0 دقت سیستم را بیشتر می کند.

در اینجا یک روش کلی برای اکثردستگاه PH متر دیجیتال وجود دارد. برخی از تست کننده های pH به تکنیک های کمی متفاوت نیاز دارند. لطفاً دستورالعملهای مربوط به روشهای خاص آنها را بخوانید.

1. تنظیم دما روی کنتور باید با دمای بافرهای استفاده شده مطابقت داشته باشد ، یا باید از یک جبران کننده خودکار دما استفاده شود.
2. اگر از جبران خودکار دما استفاده می شود ، PH متر را به “pH” یا “ATC” تبدیل کنید.
3. الکترود تمیز را در بافر تازه و با دمای اتاق با pH 7.00 قرار دهید.
4. با استفاده از دکمه ZERO OFFSET ، STANDARDIZED یا SET ، pH را دقیقاً روی 7.00 تنظیم کنید.
5. الکترود را با آب مقطر یا دیونیزه بشویید. (این روش برای کالیبراسیون یک نقطه ای است. برای کالیبراسیون دو نقطه ای مرحله 8 را ادامه دهید.)
6. الکترود را در بافر دوم قرار دهید ، یا pH 4.00 یا pH 10.00.
7. خواندن pH را تنظیم کنید تا مقدار صحیح را با استفاده از کنترل های SLOPE ، CALIBRATE یا GAIN نشان دهید (تنظیم درشت).
8. خواندن pH را تنظیم کنید تا مقدار صحیح را با استفاده از دکمه SLOPE (تنظیم دقیق) بخوانید.

موارد استفاده از بافر

بافرها محلولهایی هستند که دارای مقادیر pH ثابت و توانایی مقاومت در برابر تغییرات در آن سطح pH هستند. آنها برای کالیبراسیون سیستم های اندازه گیری pH (الکترود و متر) استفاده می شوند.

 می تواند بین خروجی یک الکترود و الکترود دیگر تفاوت های کوچکی داشته باشد و همچنین تغییرات خروجی الکترود با گذشت زمان تغییر کند. بنابراین ، سیستم باید به صورت دوره ای کالیبره شود. بافرها با طیف وسیعی از مقادیر pH در دسترس هستند ، و هم به صورت مایع مخلوط شده و هم به صورت کپسول پودر خشک مناسب هستند.

 اکثر تسترهای pH نیاز به کالیبراسیون در چندین مقدار خاص pH دارند. یک کالیبراسیون معمولاً در نزدیکی نقطه ایزوپتانسیل انجام می شود (سیگنال تولید شده توسط الکترود در pH 7 ، 0 میلی ولت در دمای 25 درجه سانتیگراد است) ، و درجه دوم معمولاً در PH 4 یا pH 10 انجام می شود.

نکات ایمنی دستگاه PH متر

۱.  از دستکش آزمایشگاهی استفاده کنید. 
۲. درصورتی‌که با محلول‌های خطرناک کار می‌کنید استفاده از عینک مخصوص آزمایش و ماسک توصیه می شود
۳. درصورتی‌که محلول را به‌صورت دستی هم می‌زنید و یا تکان می‌دهید باید دقت کنید که حرکت دست شما طوری صورت گیرد که باعث پاشیده شدن محلول روی لباس و یا اطرافتان نشود. درصورتی‌که این اتفاق رخ داد به‌سرعت محل را بشویید.
۴. قبل از استفاده از هر ظرف و یا وسیله‌ای که با محلول مورد آزمایش در تماس خواهد بود. از آلوده نبودن آن با ماده‌ای دیگر مطمئن شوید.

شرایط نگهداری دستگاه PH متر

شرکت دانشور شیمی واردکننده تجهیزات آزمایشگاهی و لوازم آزمایشگاهی و تحقیقاتی و مواد شیمیایی می باشد . همچنین شرکت دانشور شیمی قابلیت تامین قطعات یدکی تجهیزات ازمایشگاهی و دستگاههای آزمایشگاهی خریداری شده توسط مراکز که دچار مشکل گردیده اند را دارا می باشد. این شرکت آماده تامین تجهیزات ازمایشگاه آب و فاضلاب و لوازم آزمایشگاه آب و فاضلاب را دارد . 

مواد شیمیایی تجهیزات آزمایشگاه آب و فاضلاب  و کیت های دستگاه اسپکتروفتومتر و فتومتر نیز موجود می باشد .